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自動導引車的導引方法與技術

AGV的導向方式不僅決定了AGV組成的物流系統的靈活性,還影響著系統運行的可靠性和配置成本。直到20世紀80年代,埋地導線電磁感應導向技術仍然只是可選導向技術之壹。隨著電子技術的發展,以及AGV導引技術和導引方式的多樣化,AGV的性能進壹步提高,能夠適應更加復雜的工作環境,得到廣泛應用。面向[編輯]的方法

根據信息來源和線條形式分類

模式外導式內導式有線無線式

方法電磁制導

超聲波制導

激光導引

光學制導

標記引導坐標識別

慣性制導

自主導航

電磁電路

磁帶線路

帶狀線

網格線

標記線的超聲波引導

激光導引

坐標識別

慣性制導

自主導航

如表2所示,根據AGV制導信息的來源,制導方式可以分為外部制導和內部制導。前者是指在車輛運行路徑上設置引導信息介質(如具有變頻感應電磁場的電線、帶子或絲帶),引導信息的特性(如頻率、磁場強度、光強等。)被車輛上的傳感器檢測到,然後這些信息被處理以控制車輛沿著引導路線行駛。後者是指在車輛上預設行駛路徑坐標,實時檢測車輛當前位置坐標並與預設值進行比較,控制車輛行駛方向,即采用所謂的坐標定位原理。另外,根據AGV引導線的形式,引導方式可以分為有線和無線兩種。外制導中的超聲波制導、激光制導、光學制導可稱為標記反射法,內制導法可稱為基準位置設定法。

引導技術

在上述各種制導方法中,制導技術主要有電磁感應技術、激光探測技術、超聲波探測技術、光反射探測技術、慣性導航技術、圖像識別技術和坐標識別技術。

1,電磁感應技術

在AGV的運行路徑上,開設寬5mm、深約15mm的1線槽,向導體施加5 ~ 30 kHz的交變電流,形成沿導體延伸的交變磁場。車輛上對稱安裝有兩個電磁傳感器,基於電磁感應原理,通過檢測電磁信號的強度,引導車輛沿著埋設的路線行駛。其工作原理如圖1所示。

圖1電磁導向模式工作原理

電磁制導分為單頻系統和多頻系統。在前者中,單頻電流被施加到整個線路,並且操作由通斷電流信號控制。這種模式需要設置集控站,在各條線路的交叉口和分支處安裝感應標誌和分支區段的通斷接口。後者是每條回路或支線上連接不同頻率的電磁信號,AGV只有接收到相應頻率的電磁信號才能運行。這種制導方式可靠性高,但對地面平整度要求高,難以改變運行路徑。

除了變頻電磁感應埋線制導,還有固定磁場強度的磁帶和磁釘。其導向原理是通過對稱安裝在車輛上的兩個電磁傳感器,檢測車輛相對於行駛路徑的偏差,從而對車輛進行導向。

2.激光探測技術

AGV實時接收固定的3點定位激光信號,計算確定其瞬時位置和行駛方向,然後與設定的路徑進行比較,引導車輛行駛。其工作原理如圖2所示。

圖2激光制導智能車

激光探測技術具有很高的導向和定位精度,為任意路徑規劃提供了可能。但是成本高,傳感器和發射或反射裝置的安裝復雜,位置計算也復雜。

3.光學檢測技術

利用光學檢測技術引導AGV的運行方向,壹般在運行路徑上鋪設反射率穩定的1條帶。車輛配備有用於發射和接收來自光源的反射光的光電傳感器。通過比較檢測到的信號,可以調整車輛的行駛方向。其工作原理見圖3。

圖3光帶反射模式的工作原理

4.超聲波檢測技術

超聲波探測技術是利用墻壁或類似物體對超聲波的反射信號進行定位和引導,因此可以提高特定環境下路徑的靈活性。同時,由於不需要設置反光鏡,也降低了導向成本。但是當運行環境的反映比較復雜時,應用起來還是很困難的。

5.慣性導航技術

陀螺儀用於檢測AGV的方位,根據從某個參考點測得的行駛距離來確定當前位置。通過與已知地圖路線的比較,控制AGV的移動方向和距離,實現自動引導。

6.圖像識別技術

采用圖像識別技術有兩種方式。壹種是利用CCD系統動態捕捉跑步路徑周圍環境的圖像信息,並與擬定的跑步路徑周圍環境的圖像數據庫中的信息進行比較,從而確定當前位置並對繼續跑步路線做出決策。這種方法不需要設置任何物理路徑,所以理論上是最好的柔性引導。

但在實際應用中仍存在壹些問題,主要是實時性差,難以建立運行路徑周圍的環境信息數據庫。二是標誌線圖像的識別方法,即在AGV行駛的地面上畫出1清晰標註的導向標誌線,利用CCD系統動態捕捉標誌線圖像,識別AGV相對於標誌線的方向和距離偏差,從而控制車輛沿設定的標誌線行駛。

7.坐標檢測技術

通過測量電磁場,微電子坐標傳感器可以確定傳感器相對於起始點的兩個旋轉角度,即偏航角和俯仰角。由於1傳感器只能測量相對於起點的方位,無法給出車輛的行駛距離,即無法確定當前位置。因此需要使用兩坐標傳感器進行定位,其原理如圖4所示。

圖4 AGV角度測量和定位原理

測量時,首先確定兩個已知距離為L的參考點A和B,為便於計算,以1為起點。當車輛行駛到C點時,可以測出兩個坐標傳感器相對於A點和B點的角度α和β。使用三角測量的原理,點C的位置可以從點A的坐標計算如下

x=ytgα

y=L/(tgα+ctgβ)

利用坐標傳感器,AGV可以沿著預先規劃好的路徑行駛。然而,微型電子坐標傳感器受電磁場的幹擾很大。所以遠距離操作定位精度低。

[編者]自動導引車的技術分析與評價[9]

與其他物料搬運方式相比,AGV具有諸多優勢,主要體現在導向靈活性、空間利用率、操作安全性和使用成本等方面。

1,可靠性

國外十幾家AGV公司27個系列產品的統計結果顯示,電磁感應、慣性導航、光學探測、位置設定、激光探測、圖像識別的比例分別為32.3%、27.8%、16.9%、13.8%、7.69%、1。

其中電磁感應制導技術的應用比例最高,說明這項技術已經非常成熟。但是面向機器視覺的技術應用較少,說明這項技術還需要進壹步研究和不斷完善。另外,自主導航技術還處於研究階段,還有很多技術問題需要解決。

2.適應性

適應性是指AGV運行時,地面的潔凈度、空間的可達性、光電幹擾程度對制導技術的限制。由於不同的制導技術對應用環境的要求不同,某種制導方法的實際應用可能會受到限制。

對於有線制導技術,如埋線感應、光學制導、機器視覺等,對環境的要求主要是地面的光滑度和潔凈度。除了埋線電磁感應法對地面的潔凈度要求較低,其他方法要求較高。然而,電磁和磁帶制導方法需要更高水平的地面平整度。

對於無線激光制導技術,環境要求主要是空間的可達性。這是因為這種方法需要在AGV運行經過的空間的特定位置設置壹面鏡子。因此,需要提供足夠的掃描空間,以避免其他物體的幹擾。

慣性制導和坐標識別制導技術對運行環境沒有太多要求。

3.路徑靈活性

由AGV組成的物料搬運系統具有很好的靈活性,但不同引導技術的路徑靈活性差別很大。

無線制導方式可以在短時間內改變運行路徑,有些只需要改變控制軟件就可以改變運行路徑。而有線制導方式的路徑靈活性相對較差,電磁感應埋線制導技術是改變制導路徑最困難、成本最高的技術。

4.行駛速度

導引技術對AGV的運行速度影響很大,而導引技術主要依賴於導引路徑的實時識別。制導技術識別路徑的能力(如探測精度、實時性和抗幹擾性等。)直接影響跑步速度。

有線制導方式速度快,實時性強,而無線制導方式相對較差。

5.制導穩定度

導向穩定度是指為了使AGV在單位時間內沿指定路線行駛而進行的糾偏和轉向控制的次數和幅度。由於AGV在運行過程中不可避免地會由於壹些因素而偏離運動路徑,為了保證行駛方向,需要控制車輛的轉向,導致車輛沿彎道行駛,導致車輛擺動甚至轉向振蕩。

壹般來說,有線制導方式跟蹤能力強,行駛穩定性好,AGV沿規定路線行駛的穩定性高。

6、停止精度

定停精度是指AGV在停車時與預定位置的偏差,由方向偏差和距離偏差兩部分組成。在物料搬運過程中,AGV應能與自動裝卸機構準確對接在要求的工位或貨物位置。定點停車的準確性是壹項重要的技術指標。

定停精度直接受導向技術的影響,並與控制技術有關。利用標線圖像識別技術,不僅可以識別路徑標線,還可以識別停車標誌信息,壹次柔性停車的精度可以達到5 mm,電磁感應埋線導向技術第壹次柔性停車精度為20mm,而采用其他導向技術時,壹般需要二次剛性定位措施才能滿足停車精度的要求。

國外先進的AGV廠商,導線定位對接精度可以達到2 mm,激光定位對接精度可以達到10mm。

7.信息容量

任何壹種制導技術都是以獲取定位信息為基礎的,但不同制導技術獲取的相關信息容量卻有很大差異。利用圖像識別技術,不僅可以獲取路徑信息,還可以獲取站點編碼、加減速、停車標誌等控制信息,獲取的信息容量大,可以提高路徑誘導和控制的靈活性。

8.技術成本

導向技術的技術成本包括兩個方面,即制造成本和使用成本。壹般來說,無線制導方式的制造成本較高,而有線制導方式的使用成本較高。

AGV是工廠和倉庫物料搬運自動化的主要設備之壹,其導向技術決定了AGV組成的物流系統的柔性。在各種導向技術中,電磁感應埋線導向技術最為成熟可靠。無線誘導技術成本高,但路徑設置和變更簡單方便,使用成本低;有線制導技術對地面的平整度和潔凈度要求較高,其中電磁感應埋地制導技術的路徑設置和變化復雜,使用成本高;標線圖像識別技術可以獲得大的信息容量、簡單方便的路徑設置和變更、良好的導向控制靈活性和較高的停車精度,是壹項具有廣闊應用前景的導向技術。

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